電波暗室工程的建筑設計關鍵技術研究

李洋

中船第九設計研究院工程有限公司 上海 200090

1 電波暗室的基本定義、分類及應用

1.1 電波暗室

電磁屏蔽室是一個由低電阻金屬材料圍合而成的封閉體，電波暗室為電磁屏蔽室中的一種類型，主要由屏蔽殼體和吸波材料組成[1]。通常情況下，屏蔽殼體采用鍍鋅鋼板為材料，通過焊接或拼接的方式進行組裝。吸波材料為復合吸波材料，由單層鐵氧體片和錐形含碳海綿吸波材料構成，且為難燃材料。

1.2 電波暗室的分類

電波暗室按種類可分為：全電波暗室、半電波暗室和改進型半電波暗室。電波暗室一般均包括屏蔽外殼、外殼內壁上的吸波材料層、暗室屏蔽大門、安裝在內部的被測設備的轉臺、天線支架系統(tǒng)、通風照明設備、濾波器、接地系統(tǒng)、安全及電氣裝置等。不同類型的暗室中測試的實驗項目也有所不同。

1.3 電波暗室的應用

1.3.1 天線測試電波暗室。天線測試電波暗室模擬的是自由空間電磁環(huán)境，按標準要求一般設計為全電波暗室。電波暗室內部六個面上都要粘貼吸波材料，相比于其他區(qū)域，在主反射區(qū)需要粘貼性能更佳的吸波材料。

1.3.2 電磁兼容測試暗室。電磁兼容測試電波暗室主要替代開闊場，是進行電磁兼容測試的場所，按標準要求一般設計為半電波暗室。暗室除地面外其他五面粘貼吸波材料，地面為反射金屬板。其特點是頻率范圍寬，國際標準一般規(guī)定頻率范圍為30MHz～1GHz，目前大多都做到30MHz～18GHz。

2 電波暗室工程與土建工程的相互交接關系

2.1 基本原則

電波暗室工程的建設除主體屏蔽暗室建設外，還應包括配合實驗測試的配套設施建設和土建工程的結構支撐建設。

電波暗室工程與所在項目土建工程的界面劃分，應以暗室自身結構外表面分界，界線內為暗室工程，界線外應為土建工程。暗室工程的設計施工招標應獨立于土建工程開展，由專業(yè)廠家深化設計。

2.2 與結構工程的交接關系

針對設置在主體建筑內部的電波暗室，土建地坪應充分考慮暗室本身的荷載，并根據(jù)相關實驗工藝預留完成地下管溝。針對需要主體結構輔助支撐的電波暗室，土建結構應充分考慮結構支撐荷載，并復核主體建筑梁、柱與暗室結構構件之間的拉結方案。

2.3 與機電工程的交接關系

電氣設計需根據(jù)使用需求充分考慮需要用到的供電最大負荷，避免配電柜的供電容量不能滿足后期的使用要求。

由于土建建設和暗室建設不同步，一般暗室內部的空調系統(tǒng)由暗室供應商去實施，暗室外部空間的空調系統(tǒng)由土建施工單位去實施，所以在建設暗室區(qū)域附近應預留相應的空調配電柜。

3 電波暗室工程建筑設計的基本原則

3.1 電波暗室工程總體設計的基本原則

3.1.1 電波暗室的建設對地坪的平整度有較高的要求，一般平整度≤5mm/5m，且對地面的震動有嚴格的限值。地坪平整度和地坪強度均對暗室屏蔽效能好壞有較大影響。工程選址應選在地質條件較好的區(qū)域并遠離場地內的強振源設施。

3.1.2 測試、實驗用電波暗室應遠離工業(yè)、科學和醫(yī)療射頻設備，之間的直線距離不應小于50m。

3.2 電波暗室工程單體設計的基本原則

3.2.1 為了防止向外輻射電磁波，規(guī)模較大的電波暗室宜設在建筑物的一層或地下層。

3.2.2 電波暗室在建筑內部所在區(qū)域應保證相對完整和獨立。

3.2.3 電波暗室應遠離建筑內其他高功率輻射源的設施。

3.2.4 電波暗室應避開建筑的抗震縫、伸縮縫、沉降縫，不宜與潮濕房間相鄰。

3.2.5 防微振要求嚴格的電波暗室，在建筑內不應有強振源設施。

3.2.6 電波暗室工程配套的公用工程，應是利于各系統(tǒng)安全可靠操作運行和動力輸送的獨立系統(tǒng)。

3.2.7 公用工程所有管道不應穿越暗室內部空間。

4 電波暗室的基本組成

電波暗室一般由如下幾部分組成：屏蔽外殼、吸波材料、通風波導窗、屏蔽門、強弱電濾波器和接地系統(tǒng)。

4.1 屏蔽外殼

屏蔽殼體主要由六個面的屏蔽材料和支撐鋼龍骨組成。暗室的屏蔽效果與其屏蔽外殼所用的材料密切相關。支撐鋼龍骨能對屏蔽殼體的側面和頂面進行有效的支撐。由于地面存在潮氣，可能會導致底面金屬板的腐蝕，一般采用雙層雙向木板作為絕緣墊塊將暗室主體支起，從而不直接與地面接觸。

4.2 吸波材料

電波暗室使用的吸波材料主要有長尖劈吸波材料和復合吸波材料兩種。長尖劈吸波材料適用于尺寸較大的電波暗室工程，而使用復合吸波材料建設的電波暗室的尺寸會相對較小。

4.3 通風波導窗

為了電波暗室內部保持空氣的流通，還需要在屏蔽殼體上設置通風波導窗。通風波導窗設計效能指標應不低于電波暗室的屏蔽效能，常見的通風波導窗的尺寸為300mm×300mm×5mm或者600mm×600mm×5mm。

4.4 屏蔽門

屏蔽門主要用于被測設備的運輸和工作人員的進出，是暗室里唯一可動的部分。屏蔽門是暗室中較為薄弱的部件，屏蔽門的可靠性和實用性也直接影響到暗室整體的屏蔽性能。

4.5 強弱電濾波器

常用強弱電濾波器有電源濾波器、信號濾波器、煙感濾波器、溫感濾波器等。根據(jù)各類強弱電信號種類及作用，分別選用與屏蔽室屏蔽效能相適宜的濾波器，濾波器應集中安裝，以方便后期維護和保養(yǎng)。

4.6 接地系統(tǒng)

接地的目的主要是防止電磁干擾，消除公共阻抗的耦合，同時保證人身和設備的安全[2]。

5 電波暗室的空間尺寸與建筑形體之間的關系

5.1 電波暗室的平面尺寸

電波暗室的功能與其造型、吸波材料選用有關。根據(jù)功能的要求，暗室平面有矩形、正方形、錐形、橢圓形、縱橫隔板形或者以上各形的組合型等等。目前國內外大部分電波暗室平面多為矩形。標準“3m”法、“5m”法和“10m”法半電波暗室平面都是矩形。矩形的電波暗室優(yōu)點是通用性好、可作雙向測量、移動源測量；缺點是消耗材料多，造價貴。錐形的電波暗室優(yōu)點是可以有效地避免側面、頂面和地面的反射，低頻性好，消耗吸波材料比同長度矩形平面暗室少；缺點是通用性差，只能作為單向源測量。

5.2 電波暗室的空間尺寸

電波暗室根據(jù)空間尺寸大小可分為超緊縮型預測式全波暗室、“3m”法半電波暗室、“5m”法半電波暗室、“10m”法半電波暗室和特殊定制電波暗室。

5.2.1 超緊縮型預測式全波暗室。典型屏蔽殼體外部尺寸（含自支撐鋼結構）約為4.6m×2.5m×2.75m（h）。它主要用來進行輻射敏感度測試。這種暗室占用空間小，造價低，在任何地方都方便拆卸和安裝。

5.2.2 “3m”法半電波暗室（轉臺Φ=2.0m）。典型屏蔽殼體外部尺寸（含自支撐鋼結構）約為9m×6m×6m（h）。用于3m距離的輻射抗擾度測試和輻射發(fā)射的符合性測試，是目前國際上廣泛采用的EMC實驗場地。

5.2.3 “5m”法半電波暗室（轉臺Φ=3.0m）。典型屏蔽殼體外部尺寸（含自支撐鋼結構）約為12m×8m×6m（h），用于3m距離的輻射抗擾度測試和3m或者5m距離的輻射發(fā)射的符合性測試?！?m”法電波暗室主要是為了解決大尺寸電子產(chǎn)品的測試需求。

5.2.4“10m”法半電波暗室（轉臺Φ=4.0m）。典型屏蔽殼體外部尺寸約為21m×13m×9m（h），用于10m或者3m距離的輻射抗擾度測試和輻射發(fā)射的符合性測試?！?0m”法半電波暗室能滿足大體積被試品的測試要求，如汽車、大型醫(yī)療設備、大型IT產(chǎn)品等，是眾多EMC測試標準中理想測試場地。

5.3 電波暗室的空間尺寸與建筑形體之間的關系

對于設置在建筑內部的電波暗室，主體建筑的形體空間尺度應充分考慮到所建設暗室的外包最大尺寸，并與之相互匹配。建筑內部需保證在電波暗室建設占用的區(qū)域內無立柱，另外，還需要充分考慮與其配套的屏蔽室所需要占用的空間、暗室屏蔽體外部上下的支撐結構空間、通風管道所占用的空間高度、人員通道、檢修通道、臨時樣品存儲的空間等因素。

6 電波暗室工程的功能規(guī)劃布局和交通流線組織

6.1 功能規(guī)劃布局原則

針對功能單一的標準化電波暗室，例如“3m”法半電波暗室、“5m”法半電波暗室和“10m”法半電波暗室等，功能配置已相對模式化。

針對一些大型的電波暗室工程，除了主體屏蔽暗室外，還應設置配合實驗測試的其他功能空間，例如被試件加工及存放區(qū)、配套屏蔽室等。

6.1.1 被試件加工及存放區(qū)。緊鄰主體屏蔽暗室的外部區(qū)域應充分考慮被試件加工及儲存的區(qū)域，并留出被試件進入暗室的運輸通道。

6.1.2 配套屏蔽室。一般會為主體屏蔽暗室配套一個測試屏蔽室，以減少測試人員活動和測試儀器對測試結果的影響。

當受試設備帶有電訊或機械負載時，往往需要在暗室外配置專用的負載屏蔽室。此外，敏感度實驗用的功率放大器也需要配置一個功放屏蔽室。這兩個屏蔽室一般放置在對應主體暗室轉臺位置的一側。

6.2 交通流線組織原則

6.2.1 電波暗室工程的主要貨運出入口和主要人員出入口宜分設，避免相互干擾。

6.2.2 配套測試屏蔽室與主體屏蔽暗室宜設一道供人員出入的屏蔽門，方便測試人員對被試件和測試裝備進行調試。

7 電波暗室工程的地面及設備基礎荷載要求、材料選擇和構造做法

對于地面承重設計，一是要考慮電波暗室本身的重量；二是要考慮電波暗室建設完成后預期所要進行測試的樣品的最大重量[3]。如果預期測試的產(chǎn)品對承重有特殊的需求應提前與暗室供應商溝通，以便獲得更合理的地面承重設計要求。

8 電波暗室工程的消防定性和建筑消防設計

8.1 電波暗室工程的消防定性

暗室工程中同一防火分區(qū)內的電波暗室，如無特殊要求，火災危險性類別應為丁類或戊類，耐火等級不應低于二級。

8.2 電波暗室工程的建筑消防設計

8.2.1 電波暗室不應與火災危險性類別高的其他功能區(qū)塊布局在同一個防火分區(qū)內。

8.2.2 針對大型電波暗室工程，在暗室實驗前的準備調試階段，暗室人員出入口的屏蔽門均為敞開狀態(tài)，人員疏散按照大空間考慮，需滿足有兩個疏散方向的要求；在暗室進行實驗的過程中，因為暗室內部無人，所以無須考慮人員疏散。

8.2.3 電波暗室內不宜設置室內消火栓。暗室的消火栓應設置在暗室人員出入口外側附近，每個出入口附近應設置不少于2個消火栓，消火栓的水壓應滿足暗室內最不利著火點的充實水柱要求。

8.2.4 電波暗室為非人員經(jīng)常停留或可燃物較多的場所，因而不設排煙措施。

8.2.5 電波暗室應設置火災自動報警及安全防范系統(tǒng)，火災自動報警系統(tǒng)的保護等級不應低于二級。

9 結束語

隨著無線技術在電子、醫(yī)療、汽車等行業(yè)中的應用日益廣泛，電波暗室工程的建設尤為重要。本文通過對電波暗室工程設計經(jīng)驗的歸納總結，為相關設計人員提供該類型建筑關鍵技術的設計指南，為打造出精品工程奠定基礎。